CN100389010C - 一种多功能越障机器人 - Google Patents

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Abstract

一种多功能越障机器人，它设有一个车体，车体下部为行走机构，在车体上部设有越障机构，所述的越障机构设有与车体铰接的前后两条摆臂，后摆臂的外端装有随动滚轮，前摆臂的外端装有驱动轮，它还设有装在车体内的智能操控装置以及一个手持操控面板，智能操控装置设有主控单片机，在车体前部装有超声波测障探头和接近触点开关，在车体的下部前后各装有一个光电检测开关，在车体的上部装有摆臂行程开关，本发明采用微电子控制，使控制更灵活；软件代替硬件的设计，使技术改造更新更方便。通过传感器及各种控制装置和语音提示装置达到了环境-机器人-人之间的信息交换。其结构简单、成本低，可以广泛应用在跨越路肩或宽台阶的各种场合。

Description

一种多功能越障机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别是一种多功能越障机器人。
背景技术
进入21世纪，机械行业又会以新的姿态隆重登场。以大规模集成电路和微电子计算机为代表的微电子技术的飞跃发展，并迅速应用到机械行业中，出现了种类繁多的计算机控制的机械、仪器、设备。随着出现了具有柔性功能的自动化车间或工厂，大幅度提高了劳动生产率和产品质量，适应了市场对产品的多样化要求，丰富了人类的物质文明。传统的机械工业发生了深刻的变化，出现了人类梦想的“机械文明的新时代”，即机电一体化时代，促进了机械与电子相互结合，共同繁荣的新局面。在这欣欣向荣的新局面中，有一类机电一体化产品将备受人类青睐，那就是机器人。近几十年来，各国都争先恐后投入大量资金进行研究，使得机器人发展迅速，种类繁多，已形成了近百万人的“王国”。目前，已有大部分机器人应用于各种自动化的生产线上，工农业中和生活中。如：核事故机器人，仿生机器人，消防机器人，舞蹈机器人，警用机器人，机器人服务员等。由于它们的出色表现，机器人已被人类称为“最忠实的伴侣”。所以机器人是科技进步的重要标志。但这些机器人专业性太强，造价昂贵，尤其是对障碍物侦测与躲避、越障方法的研究不多。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种结构简单、成本低的多功能越障机器人。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种多功能越障机器人，其特点是：该机器人设有一个车体，车体下部为行走机构，在车体上部设有越障机构，所述的越障机构设有与车体铰接的前后两条摆臂，两条摆臂的转轴分别与摆臂驱动机构相接，后摆臂的外端装有随动滚轮，前摆臂的外端装有驱动轮，驱动轮与装在前摆臂上的越障驱动电机相接，上述机器人还设有装在车体内的智能操控装置以及一个手持操控面板，智能操控装置设有主控单片机，在车体前部装有超声波测障探头和接近触点开关，在车体的下部前后各装有一个光电检测开关，在车体的上部装有摆臂行程开关，接近触点开关、光电检测开关、摆臂行程开关通过输入接口接入主控单片机，超声波测障探头通过超声波测障模块接入主控单片机的输入接口，主控单片机通过输出接口与电机驱动模块相接，电机驱动模块分别与行走机构、摆臂驱动机构以及越障驱动轮电机相接。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，手持操控面板上设有运动控制按扭和手动、自动切换开关，手持操控面板设有红外发射装置，单片机上相应的连接有红外接收装置。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，主控单片机上连接有声音提示模块。
首先，机器人由超声波测障探头检测出前方有障碍物并分析是否可以翻越，如果可以，则减速继续前进，当接近触点开关接近到障碍物，停止前进，向后退回一段距离，退回的距离是为保证机器人在跨越路肩过程中中间车体不与路肩发生碰撞，此时摆臂展开，并向下撑起车体，设在车体下部前面的光电检测开关检测车体是否超过障碍物，当超过障碍物，摆臂停止动作，越障驱动电机工作，带动车体前行，当设在车体下部后面的光电检测开关检测出车体已越过障碍物时，摆臂开始返回，车体回落，前后两摆臂相向交叠在车体上部，触及摆臂行程开关，则完成越障，机器人继续前进。本发明与现有技术相比，采用微电子控制，使控制更灵活；软件代替硬件的设计，使技术改造更新更方便。通过传感器及各种控制装置和语音提示装置达到了环境-机器人-人之间的信息交换。其基本采用模块化设计，便于标准化和流水线加工。由于较好的应用了电子控制技术，使得机械部分得到极大的简化，减少了机械加工，减小了加工难度，缩短了制造周期。从而极大的降低了生产成本。其结构简单、成本低，可以广泛应用在跨越路肩或宽台阶的各种场合，造价明显低于其他同类产品，经济性好，适宜推广应用。
附图说明
图1为本发明越障时结构原理图。
图2为本发明越过障碍后收臂时结构图
图3为前后臂展开结构传动示意图。
图4为本发明智能操控原理框图。
具体实施方式
一种多功能越障机器人，它设有一个车体3，车体3下部为行走机构7，在车体3上部设有越障机构，所述的越障机构设有与车体3铰接的前后两条摆臂2、5，两条摆臂2、5的转轴分别与摆臂驱动机构8相接，后摆臂2的外端装有随动滚轮1，前摆臂5的外端装有驱动轮6，驱动轮6与装在前摆臂5上的越障驱动电机9相接，它还设有装在车体3内的智能操控装置以及一个手持操控面板14，智能操控装置设有主控单片机17，在车体3前部装有超声波测障探头13和接近触点开关4，在车体3的下部前后各装有一个光电检测开关10，在车体3的上部装有摆臂行程开关11，接近触点开关4、光电检测开关10、摆臂行程开关11通过输入接口16接入主控单片机17，超声波测障探头13通过超声波测障模块12接入主控单片机17的输入接口16，主控单片机17通过输出接口18与电机驱动模块19相接，电机驱动模块19分别与行走机构7、摆臂驱动机构8以及越障驱动电机9相接。手持操控面板14上设有运动控制按扭和手动、自动切换开关，手持操控面板14设有红外发射装置15，主控单片机17上相应的连接有红外接收装置21。单片机17上连接有声音提示模块20。
机器人常用的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和电气驱动三种基本类型。综合考虑三种驱动类型，电气驱动输出力矩大、维修简单、成本低、对环境无污染、市场上容易购买且多数电机自带减速装置，故选择直流电机驱动
为了减轻机器人整体重量和保证车体内有足够的空间来放置电源及电控装置，整个车体采用框架式结构，车体框架采用纯铝材料制作，四周则采用轻质材料包装即可，考虑到部分结构。所述的行走机构设有两个驱动轮和一个从动轮，每个驱动轮分别通过不同的电机驱动。如左边轮转动右边轮不转动则向右转弯，反之则向做转弯，此转向机构较简单、方便，安装起来也比较容易。
超声波测距传感器是机器人的眼睛，机器人通过其感知外部环境信息。超声波是声波大家族中的一员，人们把这种振动频率大于20KHz以上的，超出了人耳听觉的上限(20000Hz)听不见的声波叫做超声波。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。超声和可闻声本质上是一致的，在空气中的传播速度为340m/s左右。超声波测距是基于超声波发射原理，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就会立即被反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。利用发、收过程中产生的时间差，就可以计算出前方物体离机器人的实际距离。
在电机驱动方面，我们采用了DF-MD V1.0模块，该模块采用了LGS公司优秀的大功率电机专用芯片L298N，输出有高速肖特基二极管作保护，可靠性好，有利于保证电路的稳定性。
DF-MD V1.0模块线路简洁、元件少、体积小，与我们简约的电路设计要求相通。充分利用已有电路模块，体现了快速设计的现代设计潮流。发声控制电路采用APR9600语音录放芯片，其音质好、噪音低、不怕断电。
机器人正常向前行走电机(2个)的选择：机器人正常向前行走时所受的摩擦力f＝μG＝0.1*150＝15N(μ＝0.1G为机器人重力)
所以：向前行走功率p＝f*v＝15*0.452＝6.78W(v为机器人向前行走的速度)取电机损耗系数η＝90％
则电机提供的功率P＝p/η＝6.78/0.9＝7.53W
根据市场，购买到功率为5W且自带减速器的电机，则两个这样的电机可输出10W功率，可满足要求。
机器人越障机构电机(2个)的选择：
机器人在越障过程中要克服较大的力矩，其中前端越障机构所克服的力矩为：
M前＝(G/2)*L1＝75*0.604＝45.3N*M
(L1为前端越障机构受力点的力臂  单位：m)
M后＝(G/2)*L2＝75*0.564＝42.3N*M
(L2为后端越障机构受力点的力臂  单位：m)
所以需要输出力矩较大的力矩电机。
力矩电机参数
Figure C20061008815200091

Claims (3)

1.一种多功能越障机器人，其特征在于：该机器人设有一个车体(3)，车体(3)下部为行走机构(7)，在车体(3)上部设有越障机构，所述的越障机构设有与车体(3)铰接的前后两条摆臂(2、5)，两条摆臂(2、5)的转轴分别与摆臂驱动机构(8)相接，后摆臂(2)的外端装有随动滚轮(1)，前摆臂(5)的外端装有驱动轮(6)，驱动轮(6)与装在前摆臂(5)上的越障驱动电机(9)相接，该机器人还设有装在车体(3)内的智能操控装置以及一个手持操控面板(14)，智能操控装置设有主控单片机(17)，在车体(3)前部装有超声波测障探头(13)和接近触点开关(4)，在车体(3)的下部前后各装有一个光电检测开关(10)，在车体(3)的上部装有摆臂行程开关(11)，接近触点开关(4)、光电检测开关(10)、摆臂行程开关(11)通过输入接口(16)接入主控单片机(17)，超声波测障探头(13)通过超声波测障模块(12)接入主控单片机(17)的输入接口(16)，主控单片机(17)通过输出接口(18)与电机驱动模块(19)相接，电机驱动模块(19)分别与行走机构(7)、摆臂驱动机构(8)以及越障驱动电机(9)相接。
2.根据权利要求1所述的多功能越障机器人，其特征在于：手持操控面板(14)上设有运动控制按扭和手动、自动切换开关，手持操控面板(14)设有红外发射装置(15)，主控单片机(17)上相应的连接有红外接收装置(21)。
3.根据权利要求1所述的多功能越障机器人，其特征在于：主控单片机(17)上连接有声音提示模块(20)。
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Record date: 2009.9.4

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